本發(fā)明公開(kāi)了一種雙層高強(qiáng)耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層的制備方法，屬于非晶涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1967年，人們首次制備出鐵基非晶合金，之后又相繼發(fā)現(xiàn)許多具有優(yōu)異軟磁性能的Fe基非晶態(tài)合金。鐵基非晶合金除了具有一般非晶合金的特性之外，還具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）超高的強(qiáng)度和硬度：Fe基非晶合金內(nèi)通常非金屬的含量較高，合金內(nèi)部存在金屬類(lèi)金屬的化學(xué)鍵，使Fe基非晶合金呈現(xiàn)出較高的斷裂強(qiáng)度。FeNbB塊體非晶的斷裂強(qiáng)度達(dá)到了4.85GPa，遠(yuǎn)高于晶態(tài)超級(jí)鋼的2.9GPa，也高于其他塊體非晶。而且，大部分的Fe基非晶合金的顯微硬度達(dá)到1000HV。（2）良好的耐磨性能：Fe基非晶合金在室溫甚至在573K的范圍內(nèi)都具有良好的耐磨性，優(yōu)于普通工具鋼，以及大部分體系的非晶合金。（3）優(yōu)異的耐腐蝕性能：Fe基非晶合金具有高度的均勻性化及能夠在表面形成致密、均勻和覆蓋性良好的純化膜，因而具有良好的耐腐蝕性能，主要體現(xiàn)在優(yōu)異的耐點(diǎn)蝕行為和純化行為。
海洋環(huán)境是一種非常復(fù)雜的環(huán)境，海上工作的船舶甲板、海上平臺(tái)面臨極為苛刻的服役條件，人們常采用表面涂層來(lái)克服這些不利條件，達(dá)到防腐蝕、耐磨損的作用，同時(shí)為了保證活動(dòng)人員和設(shè)備的安全性，還要求表面涂層具有一定的防滑性能。為此，人們進(jìn)行了各種嘗試，經(jīng)淘汰過(guò)后，目前主要有兩種，有機(jī)涂層和金屬陶瓷涂層。有機(jī)涂層主要是環(huán)氧樹(shù)脂等，它具有良好的防腐蝕性、耐候性、耐水性，施工方便等優(yōu)勢(shì)，但是分子鏈結(jié)構(gòu)決定其易老化和易開(kāi)裂的缺點(diǎn)，同時(shí)還存在污染的問(wèn)題。而金屬陶瓷涂層特點(diǎn)是耐磨性能優(yōu)異，但是耐腐蝕性能較差，而通過(guò)激光輻照制備的Fe基非晶態(tài)合金涂層晶化嚴(yán)重，甚至全部晶化，使其在拉伸載荷的作用下，形變僅限于高度局域化的剪切帶內(nèi)，剪切帶一旦萌生，便迅速發(fā)生擴(kuò)展，導(dǎo)致整體材料快速的斷裂，耐磨強(qiáng)度較低，所以必須開(kāi)發(fā)一種晶化程度較低的鐵基非晶涂層還滿足現(xiàn)有應(yīng)用對(duì)鐵基非晶涂層同時(shí)具有優(yōu)異耐磨型和耐腐蝕性的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有耐腐蝕Fe基非晶態(tài)合金涂層晶化嚴(yán)重，導(dǎo)致其強(qiáng)度較低，耐磨性能不足的缺陷，提供了一種通過(guò)等離子噴涂鐵基陶瓷非晶中間層，通過(guò)中間層鍍鎳后激光熔覆重新成膜，緩沖晶體晶化程度，增強(qiáng)晶體抗腐蝕性能的同時(shí)，有效提高晶體抗磨強(qiáng)度的方法，本發(fā)明通過(guò)將混合鐵基粉末熔融并等離子噴涂至不銹鋼鋼板表面，形成晶化度較高的非晶鍍層，隨后通過(guò)鍍鎳形成耐腐性性鍍層后，再將其激光熔覆，形成非晶鍍層，通過(guò)結(jié)晶度較高的中間層，延緩激光熔覆時(shí)混合合金二次結(jié)晶程度，有效增強(qiáng)晶體力學(xué)強(qiáng)度，且具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）選取304L不銹鋼鋼板，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無(wú)水乙醇洗滌3～5次后，在室溫下靜置晾干，隨后將其置于120～125℃下預(yù)熱處理25～30min，制備得預(yù)熱不銹鋼鋼板，備用；
（2）分別稱(chēng)量45～60份鐵粉、5～8份鉬質(zhì)量含量為55%鉬鐵粉、2～3份硼質(zhì)量含量10%硼鐵粉末、15～20份二氧化硅和3～5份二氧化錳置于球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h，隨后過(guò)300目篩，收集混合球磨粉末，將混合球磨粉末置于石墨坩堝中，再將石墨坩堝置于120～130℃真空管式爐中，隨后通氬氣排除空氣，在氬氣氣氛下，保溫預(yù)熱10～15min，待預(yù)熱完成后，抽真空至15～20Pa，再按8℃/min速率程序升溫至1200～1300℃，保溫熔融10～15min；
（3）待保溫熔融完成后，再通氬氣加壓至1.8～2.0MPa，將熔融后混合球磨粉末霧化制粉，控制導(dǎo)流管直徑為8～10mm，霧化溫度為1250～1400℃，霧化制粉并過(guò)300目篩，收集得鐵基合金粉末；
（4）將步驟（1）備用的預(yù)熱不銹鋼鋼板置于等離子噴涂裝置中，將上述制備的鐵基合金粉末噴涂至預(yù)熱不銹鋼鋼板表面，控制噴涂氬氣氣壓為0.5～0.6MPa，氫氣氣壓0.2～0.3MPa，轉(zhuǎn)盤(pán)送粉速度為1r/min，載氣氣壓為0.3～0.4MPa，載氣流量為6～8L/min，噴槍移動(dòng)速度為150～180mm/s，控制噴涂厚度為15～25μm，待噴涂完成后，用0.3～0.5MPa壓縮空氣進(jìn)行噴氣冷卻至室溫，制備得鐵基非晶基層板；
（5）以上述制備的鐵基非晶基層板為陰極，石墨棒為陽(yáng)極，分別將陰極與陽(yáng)極浸漬于300g/L氨基磺酸鎳電鍍液中，通過(guò)直流電源產(chǎn)生的5A/dm2電流密度鍍膜處理，控制電鍍溫度為40～45℃，電鍍8～10min后，將鍍鎳完成的板材取出并用清水沖洗并自然晾干，制備得鍍鎳非晶涂層；
（6）將上述制備的鍍鎳非晶涂層置于激光涂覆裝置下，設(shè)置激光功率為1.8～2.5kW，光斑直徑為3mm，掃描速度為5mm/s，接搭率為50%，在同軸通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，待涂覆完成后靜置冷卻45～60min，即可制備得一種雙層耐磨耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層。
本發(fā)明制備的雙層耐磨耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層孔隙率為0.72～0.75%，表面粗糙度為為9.35～9.42μm，同時(shí)顯微硬度高達(dá)1280HV，干滑動(dòng)摩擦條件下，涂層磨損率為基體的1/8，同時(shí)純化區(qū)間較寬，點(diǎn)蝕電位為1.2～1.3V。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明制得的雙層耐磨耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層具有優(yōu)異的耐磨耐腐蝕性能，在表面涂層材料應(yīng)用方面有著巨大的潛能；
（2）本發(fā)明制備的雙層耐磨耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層鍍層與基體之間結(jié)合度高，具有廣泛的應(yīng)用前景和使用價(jià)值。
具體實(shí)施方式
選取304L不銹鋼鋼板，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無(wú)水乙醇洗滌3～5次后，在室溫下靜置晾干，隨后將其置于120～125℃下預(yù)熱處理25～30min，制備得預(yù)熱不銹鋼鋼板，備用；分別稱(chēng)量45～60份鐵粉、5～8份鉬質(zhì)量含量為55%鉬鐵粉、2～3份硼質(zhì)量含量10%硼鐵粉末、15～20份二氧化硅和3～5份二氧化錳置于球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h，隨后過(guò)300目篩，收集混合球磨粉末，將混合球磨粉末置于石墨坩堝中，再將石墨坩堝置于120～130℃真空管式爐中，隨后通氬氣排除空氣，在氬氣氣氛下，保溫預(yù)熱10～15min，待預(yù)熱完成后，抽真空至15～20Pa，再按8℃/min速率程序升溫至1200～1300℃，保溫熔融10～15min；待保溫熔融完成后，再通氬氣加壓至1.8～2.0MPa，將熔融后混合球磨粉末霧化制粉，控制導(dǎo)流管直徑為8～10mm，霧化溫度為1250～1400℃，霧化制粉并過(guò)300目篩，收集得鐵基合金粉末；將步驟（1）備用的預(yù)熱不銹鋼鋼板置于等離子噴涂裝置中，將上述制備的鐵基合金粉末噴涂至預(yù)熱不銹鋼鋼板表面，控制噴涂氬氣氣壓為0.5～0.6MPa，氫氣氣壓0.2～0.3MPa，轉(zhuǎn)盤(pán)送粉速度為1r/min，載氣氣壓為0.3～0.4MPa，載氣流量為6～8L/min，噴槍移動(dòng)速度為150～180mm/s，控制噴涂厚度為15～25μm，待噴涂完成后，用0.3～0.5MPa壓縮空氣進(jìn)行噴氣冷卻至室溫，制備得鐵基非晶基層板；以上述制備的鐵基非晶基層板為陰極，石墨棒為陽(yáng)極，分別將陰極與陽(yáng)極浸漬于300g/L氨基磺酸鎳電鍍液中，通過(guò)直流電源產(chǎn)生的5A/dm2電流密度鍍膜處理，控制電鍍溫度為40～45℃，電鍍8～10min后，將鍍鎳完成的板材取出并用清水沖洗并自然晾干，制備得鍍鎳非晶涂層；將上述制備的鍍鎳非晶涂層置于激光涂覆裝置下，設(shè)置激光功率為1.8～2.5kW，光斑直徑為3mm，掃描速度為5mm/s，接搭率為50%，在同軸通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，待涂覆完成后靜置冷卻45～60min，即可制備得一種雙層耐磨耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層。
實(shí)例1
選取304L不銹鋼鋼板，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無(wú)水乙醇洗滌3次后，在室溫下靜置晾干，隨后將其置于120℃下預(yù)熱處理25min，制備得預(yù)熱不銹鋼鋼板，備用；分別稱(chēng)量45份鐵粉、5份鉬質(zhì)量含量為55%鉬鐵粉、2份硼質(zhì)量含量10%硼鐵粉末、15份二氧化硅和3份二氧化錳置于球磨罐中，在350r/min下球磨3h，隨后過(guò)300目篩，收集混合球磨粉末，將混合球磨粉末置于石墨坩堝中，再將石墨坩堝置于120℃真空管式爐中，隨后通氬氣排除空氣，在氬氣氣氛下，保溫預(yù)熱10min，待預(yù)熱完成后，抽真空至15Pa，再按8℃/min速率程序升溫至1200℃，保溫熔融10min；待保溫熔融完成后，再通氬氣加壓至1.8MPa，將熔融后混合球磨粉末霧化制粉，控制導(dǎo)流管直徑為8mm，霧化溫度為1250℃，霧化制粉并過(guò)300目篩，收集得鐵基合金粉末；將預(yù)熱不銹鋼鋼板置于等離子噴涂裝置中，將上述制備的鐵基合金粉末噴涂至預(yù)熱不銹鋼鋼板表面，控制噴涂氬氣氣壓為0.5MPa，氫氣氣壓0.2MPa，轉(zhuǎn)盤(pán)送粉速度為1r/min，載氣氣壓為0.3MPa，載氣流量為6L/min，噴槍移動(dòng)速度為150mm/s，控制噴涂厚度為15μm，待噴涂完成后，用0.3MPa壓縮空氣進(jìn)行噴氣冷卻至室溫，制備得鐵基非晶基層板；以上述制備的鐵基非晶基層板為陰極，石墨棒為陽(yáng)極，分別將陰極與陽(yáng)極浸漬于300g/L氨基磺酸鎳電鍍液中，通過(guò)直流電源產(chǎn)生的5A/dm2電流密度鍍膜處理，控制電鍍溫度為40℃，電鍍8min后，將鍍鎳完成的板材取出并用清水沖洗并自然晾干，制備得鍍鎳非晶涂層；將上述制備的鍍鎳非晶涂層置于激光涂覆裝置下，設(shè)置激光功率為1.8kW，光斑直徑為3mm，掃描速度為5mm/s，接搭率為50%，在同軸通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，待涂覆完成后靜置冷卻45min，即可制備得一種雙層耐磨耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層。
實(shí)例2
選取304L不銹鋼鋼板，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無(wú)水乙醇洗滌4次后，在室溫下靜置晾干，隨后將其置于122℃下預(yù)熱處理27min，制備得預(yù)熱不銹鋼鋼板，備用；分別稱(chēng)量47份鐵粉、6份鉬質(zhì)量含量為55%鉬鐵粉、2份硼質(zhì)量含量10%硼鐵粉末、17份二氧化硅和4份二氧化錳置于球磨罐中，在375r/min下球磨4h，隨后過(guò)300目篩，收集混合球磨粉末，將混合球磨粉末置于石墨坩堝中，再將石墨坩堝置于125℃真空管式爐中，隨后通氬氣排除空氣，在氬氣氣氛下，保溫預(yù)熱12min，待預(yù)熱完成后，抽真空至17Pa，再按8℃/min速率程序升溫至1250℃，保溫熔融12min；待保溫熔融完成后，再通氬氣加壓至1.9MPa，將熔融后混合球磨粉末霧化制粉，控制導(dǎo)流管直徑為9mm，霧化溫度為1275℃，霧化制粉并過(guò)300目篩，收集得鐵基合金粉末；將預(yù)熱不銹鋼鋼板置于等離子噴涂裝置中，將上述制備的鐵基合金粉末噴涂至預(yù)熱不銹鋼鋼板表面，控制噴涂氬氣氣壓為0.6MPa，氫氣氣壓0.3MPa，轉(zhuǎn)盤(pán)送粉速度為1r/min，載氣氣壓為0.4MPa，載氣流量為7L/min，噴槍移動(dòng)速度為165mm/s，控制噴涂厚度為20μm，待噴涂完成后，用0.4MPa壓縮空氣進(jìn)行噴氣冷卻至室溫，制備得鐵基非晶基層板；以上述制備的鐵基非晶基層板為陰極，石墨棒為陽(yáng)極，分別將陰極與陽(yáng)極浸漬于300g/L氨基磺酸鎳電鍍液中，通過(guò)直流電源產(chǎn)生的5A/dm2電流密度鍍膜處理，控制電鍍溫度為42℃，電鍍9min后，將鍍鎳完成的板材取出并用清水沖洗并自然晾干，制備得鍍鎳非晶涂層；將上述制備的鍍鎳非晶涂層置于激光涂覆裝置下，設(shè)置激光功率為1.9kW，光斑直徑為3mm，掃描速度為5mm/s，接搭率為50%，在同軸通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，待涂覆完成后靜置冷卻47min，即可制備得一種雙層耐磨耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層。
實(shí)例3
選取304L不銹鋼鋼板，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無(wú)水乙醇洗滌5次后，在室溫下靜置晾干，隨后將其置于125℃下預(yù)熱處理30min，制備得預(yù)熱不銹鋼鋼板，備用；分別稱(chēng)量60份鐵粉、8份鉬質(zhì)量含量為55%鉬鐵粉、3份硼質(zhì)量含量10%硼鐵粉末、20份二氧化硅和5份二氧化錳置于球磨罐中，在400r/min下球磨5h，隨后過(guò)300目篩，收集混合球磨粉末，將混合球磨粉末置于石墨坩堝中，再將石墨坩堝置于130℃真空管式爐中，隨后通氬氣排除空氣，在氬氣氣氛下，保溫預(yù)熱15min，待預(yù)熱完成后，抽真空至20Pa，再按8℃/min速率程序升溫至1300℃，保溫熔融15min；待保溫熔融完成后，再通氬氣加壓至2.0MPa，將熔融后混合球磨粉末霧化制粉，控制導(dǎo)流管直徑為10mm，霧化溫度為1400℃，霧化制粉并過(guò)300目篩，收集得鐵基合金粉末；將預(yù)熱不銹鋼鋼板置于等離子噴涂裝置中，將上述制備的鐵基合金粉末噴涂至預(yù)熱不銹鋼鋼板表面，控制噴涂氬氣氣壓為0.6MPa，氫氣氣壓0.3MPa，轉(zhuǎn)盤(pán)送粉速度為1r/min，載氣氣壓為0.4MPa，載氣流量為8L/min，噴槍移動(dòng)速度為180mm/s，控制噴涂厚度為25μm，待噴涂完成后，用0.5MPa壓縮空氣進(jìn)行噴氣冷卻至室溫，制備得鐵基非晶基層板；以上述制備的鐵基非晶基層板為陰極，石墨棒為陽(yáng)極，分別將陰極與陽(yáng)極浸漬于300g/L氨基磺酸鎳電鍍液中，通過(guò)直流電源產(chǎn)生的5A/dm2電流密度鍍膜處理，控制電鍍溫度為45℃，電鍍10min后，將鍍鎳完成的板材取出并用清水沖洗并自然晾干，制備得鍍鎳非晶涂層；將上述制備的鍍鎳非晶涂層置于激光涂覆裝置下，設(shè)置激光功率為2.5kW，光斑直徑為3mm，掃描速度為5mm/s，接搭率為50%，在同軸通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，待涂覆完成后靜置冷卻60min，即可制備得一種雙層耐磨耐腐蝕鐵基非晶復(fù)合涂層。